趙 陽(yáng)

（陜西煤化能源有限公司 陜西 咸陽(yáng) 712000）

0 概述

能源是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)、改善人類生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。節(jié)能技術(shù)進(jìn)步,對(duì)于高耗能企業(yè)不僅意味著能源消耗大幅度降低，還必然極大地提高企業(yè)的工藝技術(shù)水平、裝備水平、管理水平和產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大深遠(yuǎn)的意義。

泵類產(chǎn)品屬于流體機(jī)械，國(guó)內(nèi)的需求量非常大，每年發(fā)電量的20%—25%都消耗在泵類產(chǎn)品上, 因此針對(duì)泵開展的節(jié)能工作是非常重要和刻不容緩的。 泵的節(jié)能方法只要是使泵機(jī)組（泵、原動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)部分）在最高的效率下運(yùn)行，使其消耗外界輸入的電能下降到最低點(diǎn)。 泵的節(jié)能是綜合性的技術(shù)，涉及泵本身的節(jié)能、系統(tǒng)節(jié)能和使用管理運(yùn)行等各方面。本文主要從這三方面探討。

1 泵自身的節(jié)能

1.1 設(shè)計(jì)技術(shù)方面

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展為泵的設(shè)計(jì)研究帶來了理想的手段。 現(xiàn)代的泵設(shè)計(jì)方法必須要結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和CAD/CFD 技術(shù)。 這些技術(shù)可以解決泵復(fù)雜的內(nèi)部流動(dòng)場(chǎng)的計(jì)算問題， 能夠進(jìn)一步了解和掌握泵內(nèi)部流動(dòng)的客觀規(guī)律，以便進(jìn)行泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 CAD/CFD 技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)對(duì)提高泵設(shè)計(jì)方法的技術(shù)水平是非常重要的。

1.2 加工技術(shù)方面

CAM 是用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過程。 它輸入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容，輸出信息是刀具加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡和數(shù)控程序， 然后應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床，用來加工曲面復(fù)雜、形狀復(fù)雜、精度高等產(chǎn)品及模具，是實(shí)現(xiàn)高效化和自動(dòng)化加工的有效途徑。CAM 技術(shù)的快速發(fā)展及其在泵類產(chǎn)品的生產(chǎn)中的應(yīng)用，對(duì)泵效率技術(shù)指標(biāo)的提高是非常有利的。

1.3 相應(yīng)配套技術(shù)

與泵有關(guān)的配套技術(shù)最近得到了較大的發(fā)展，如電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與制造、自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)控制、自動(dòng)報(bào)警、傳動(dòng)系統(tǒng)、密封設(shè)計(jì)制造技術(shù)、新材料、試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)等等。 這些技術(shù)的全面發(fā)展，有利于泵系統(tǒng)的效率指標(biāo)、可靠性指標(biāo)及其他性能指標(biāo)的提高，促進(jìn)了節(jié)能工作的開展。

2 泵的系統(tǒng)節(jié)能

2.1 正確選用符合適用要求的泵

每一臺(tái)泵都有一組性能曲線，對(duì)應(yīng)一個(gè)流量值，都可以找到與其對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程、功率及效率值。 通常我們把這一組相對(duì)應(yīng)的參數(shù)稱為工況點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的最高效率點(diǎn)稱為最佳工況點(diǎn)（見圖1）。

圖1 泵的性能曲線

圖1 中曲線I 為管路特性曲線，曲線Ⅱ?yàn)楸玫男阅芮€。泵的流量、揚(yáng)程性能曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)稱為泵的運(yùn)行工況點(diǎn)。 運(yùn)行工況點(diǎn)隨著泵的流量和揚(yáng)程的變化而變化，而管路的特性曲線在給定的供水管路系統(tǒng)中所需的揚(yáng)程基本是不變的。 在泵的實(shí)際使用中，泵的運(yùn)行工況點(diǎn)應(yīng)和最佳工況點(diǎn)重合，或者接近最佳工況點(diǎn)，這樣才能使泵保持在高效率運(yùn)行區(qū)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

泵在選型過程中經(jīng)過的部門越多， 安全裕量就留得越大，不僅造成很大浪費(fèi)，有的甚至無(wú)法正常工作。 例如，某臺(tái)供水用泵，實(shí)際需要：Q=200m3/h, H=4m，選泵部門考慮到系統(tǒng)結(jié)垢導(dǎo)致管路阻力增加、系統(tǒng)中可能有泄漏、泵長(zhǎng)期使用性能降低等因素，各加大10%，結(jié)果按30%的安全裕量，提出選泵的性能參數(shù)是：Q=260m3/h,H=5.4m。 選用定型產(chǎn)品，該泵的性能參數(shù)為：Q=280m3/h, H=5.5m。 致使泵在遠(yuǎn)離最佳工況點(diǎn)位置上運(yùn)行，能耗大、裝置效率低。

2.2 合理確定泵的安裝高度

泵在產(chǎn)生汽蝕的過程中，由于水流中含有汽泡破壞了水流的正常流動(dòng)規(guī)律， 改變了流道內(nèi)到過流面積和流動(dòng)方向，因而葉輪與水流之間能量交換的穩(wěn)定性遭到破壞，能量損失增加，從而引起泵的流量、揚(yáng)程和效率的迅速下降，甚至達(dá)到斷流狀態(tài)。 因此在選泵時(shí)一定要使泵的汽蝕性能滿足使用要求，即使泵的汽蝕性能滿足裝置或系統(tǒng)所能提供的汽蝕余量值。

泵發(fā)生汽蝕除了泵本身的結(jié)構(gòu)因素外，最主要的因素就是泵的幾何安裝高度。 對(duì)某臺(tái)泵來說，盡管其性能可以滿足使用要求，但是如果安裝高度不合適，由于汽蝕的原因，會(huì)限制流量的增加，從而導(dǎo)致性能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。 因此，合理確定泵的安裝高度是保證泵在設(shè)計(jì)工況下工作時(shí)不發(fā)生汽蝕的重要條件。

3 運(yùn)行管理節(jié)能

3.1 變頻調(diào)速節(jié)能

泵的調(diào)速方法有多種，主要分為兩類：第一類是電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，通過附加裝置改變水泵的轉(zhuǎn)速，如液力禍合器調(diào)速、電磁離合器調(diào)速、變速箱調(diào)速等；第二類是直接改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如可控硅串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速等。 目前主要使用變頻調(diào)速節(jié)能：

交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可以用下式表示

式中f 表示定子供電電源的頻率；

p 表示電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)；

s 表示異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。

由式可見， 當(dāng)平滑地改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率時(shí)，即可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。

變頻調(diào)速有以下特點(diǎn)：

（1）變頻調(diào)速目前仍以低電壓（380V 及以下）中小容量為主，大容量較少。

（2）頻調(diào)速范圍很寬，通?？蛇_(dá)1～1/10。 變頻調(diào)速的調(diào)速范圍和精度均能滿足泵運(yùn)行要求。

（3）變頻調(diào)速在頻率一定時(shí)是類似剛性傳動(dòng)，不能改變轉(zhuǎn)動(dòng)品質(zhì)。

（4）低壓變頻器占地面積小，有利于已有設(shè)備改造。

3.2 改變?nèi)~輪外徑

對(duì)于工藝參數(shù)基本穩(wěn)定，泵選用過大，現(xiàn)場(chǎng)采用關(guān)小閥門來調(diào)節(jié)流量，造成泵的工作流量遠(yuǎn)低于額定流量，工作壓力遠(yuǎn)高于額定壓力的情況，可以采用切割葉輪外徑的方式調(diào)節(jié)。 將泵葉輪外徑車小，可使在同一轉(zhuǎn)速下泵的特性曲線改變，從而改變泵的工作點(diǎn)，達(dá)到節(jié)能目的。

3.3 減少流程阻力節(jié)能

選擇適當(dāng)?shù)墓軓剑刂埔欢ǖ牧魉伲瑴p少管路的阻力也能達(dá)到節(jié)能的目的。 流體在固定管路的流動(dòng)過程中，能量的損失有兩種形式：一種是均勻的分配在整個(gè)流程中，稱為沿程阻力損失；另一種是集中在很短的流段內(nèi)，即在流體的收縮、擴(kuò)大和拐流等急劇變化的地方。 因此在管路的配置上盡量減少這兩種損失。

3.4 及時(shí)維護(hù)、檢修泵系統(tǒng)

3.4.1 避免泵振動(dòng)過大，影響泵效率。

3.4.2 合理調(diào)整軸承的間隙和串動(dòng)量，較少軸承的磨損。 對(duì)于部件間隙大，泵的效率嚴(yán)重下降的應(yīng)予大修。

3.4.3 盡可能的減少管束的堵塞量，降低水阻，亦可節(jié)省泵的電耗。

3.4.4 全面檢查泵系統(tǒng)各閥門等附件的必要性，在確保機(jī)組長(zhǎng)期、可靠的運(yùn)行、維護(hù)方便的前提，對(duì)可設(shè)可不設(shè)的管路附件應(yīng)予取消。

4 結(jié)論

綜上所述，泵的節(jié)能降耗，關(guān)鍵是保證泵盡量在高效區(qū)運(yùn)行。 因此，我們要加強(qiáng)基礎(chǔ)建設(shè)，對(duì)機(jī)泵設(shè)備進(jìn)行勤檢修、勤維護(hù)，保持設(shè)備的高效運(yùn)行，從而減少無(wú)謂的能耗。 另外，我們應(yīng)在理論與實(shí)踐相結(jié)合的條件下不斷探索，大膽引用新技術(shù)，尋找更合理、經(jīng)濟(jì)的節(jié)能措施。

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